2.1. Общие сведения

2.2. Сварные соединения

2.3. Механические соединители

2.4. Параметры оптических разъемных соединителей

2.5. Конструкции разъемных соединителей

2.1. Общие сведения

Соединения оптических волокон можно разделить на разъемные и неразъемные.

Методы соединения оптических волокон:

- термическим способом—методом сварки получают неразъемные соединения,

- с помощью механического контакта получают разъемные соединения:

механические соединители (сплайсы),

оптические разъемы (разъемные соединители).

Целью сварки является создание постоянного соединения оптических волокон ОК с низкими потерями передачи оптического излучения через место соединения.

Отличительной особенностью механических соединителей является возможность многократного сочленения (более 10) оптических волокон, что особенно важно при создании временного соединения ОК в процессе устранения неисправностей на линии, а также при подключении измерительных приборов.

Разъемные соединители (РС) допускают многократную сборку и разборку (не менее 100 циклов) без ухудшения параметров и применяются в оптических кроссах и для подключения к кабелю оборудования.

Механический соединитель представляет собой прецезионное самоюстирующее оптомеханическое устройство. Это же относится и к оптическому разъему.

Основные требования к соединителям:

· минимальные потери, вносимые в тракт распространения оптического сигнала,

· низкие обратные потери,

· долговременная стабильность, (большое число циклов включения-отключения—для разъемных),

· простота изготовления или установки.

2.2. Сварные соединения

Для сварных соединений типичный диапазон достигаемых вносимых потерь составляет 0,02–0,1 дБ как для одномодовых, так и для многомодовых волокон.

В настоящее время получение хорошего сростка упростилось благодаря постоянному прогрессу сварочного оборудования, процедур сварки – с одной стороны, и постоянному улучшению геометрических параметров волокна – с другой стороны.

На качество сварного соединения влияют множество факторов, среди которых основными являются

- вносимые потери сростка,

- прочность на растяжение.

Эти параметры определяются несовпадением диаметров волокон и числовых апертур, несовпадением показателей преломления, неконцентричностью сердцевины и оболочки. Кроме того, в процессе сращивания могут возникать продольные и угловые смещения, загрязнение и деформация сердечника, однако, влияние этих факторов может быть сведено до минимума за счет использования современных автоматических сварочных аппаратов и обученного персонала.

Процесс создания сростка состоит из трех этапов:

- подготовки волокон – удаления оболочки, удаления загрязнения с очищенных поверхностей и скола очищенных волокон;

- непосредственно процесса сварки и оценки качества сварного соединения;

- защиты оголенного участка волокна от механического давления и влияния окружающей среды посредством герметичной оболочки – термоусадочной гильзы.

Процесс сварки заключается в сближении волокон с предварительно подготовленными торцевыми поверхностями на заданное расстояние, центрировании осей волокон вдоль оси абсцисс и последующем создании дугового разряда между электродами. При этом подготовка торцевых поверхностей осуществляется скалывателем, параметры которого имеют большое значение, так как они определяют перпендикулярность полученной в результате скола поверхности к оси волокна, что является существенным фактором при сварке ОВ.

2.3. Механические соединители

При соединении однотипных волокон, что имеет наибольшее распространение на практике, эффективным является соединение торец в торец (core to core), которое может быть реализовано только при обеспечении строгой соосности волокон, идентичности геометрии, а также высокой степени гладкости и перпендикулярности торцевых поверхностей к оси волокна.

Потери, вносимые механическим соединителем, определяются дефектами сопряжения, вызванными радиальным, угловым и осевым смещением соединяемых волокон. Так как осевое смещение сказывается на качестве соединения в меньшей степени, при создании механических соединителей основное внимание уделяется минимизации радиального и углового смещения. Это достигается, с одной стороны, использованием высококачественных скалывателей, обеспечивающих перпендикулярность скола волокна с точностью до 1 градуса, а с другой – шарнирных центрирующих элементов (Fibrlok фирмы 3М) или направляющих, имеющих V-образную форму (Corelink фирмы 3М). Кроме того, в механических соединителях используется иммерсионный гель как согласующая среда. Такие конструкции обеспечивают типовое значение потерь, равное 0,2–0,5 дБ для многомодовых волокон и 0,2–1 дБ для одномодовых волокон при отражении, не превышающем –45 дБ (Fibrlok) и –55 дБ (Corelink). Количество циклов соединения составляет более 10, а время соединения после подготовки волокон не превышает 30 сек. Диапазон рабочих температур данных соединителей лежит в пределах от –40°С до +80°С.

2.4. Параметры оптических разъемных соединителей

Оптические соединители изготавливаются как в многомодовом (ММ), так и в одномодовом (ОМ) варианте. ОМ вариант отличается в основном более жесткими допусками на геометрические размеры наконечника и центрирующих элементов розетки, позволяющими удержать в приемлемых пределах потери при сращивании ОМ волокон.

Таблица 3. Параметры основных типов разъемных соединителей

К основным параметрам оптических соединителей относятся:

· вносимые потери (insertion loss) IL=–10lgD=–10lg P_out/P_in, дБ, P_out и P_in – мощности на выходе и входе соединения, D=P_out/P_in - коэффициент передачи оптической мощности при торцевом соединении,

· потери на обратном отражении или просто обратные потери b=10lgR=10lgР_отр/P_пад, дБ,

Р_отр – интенсивность отраженного излучения,

Р_пад – интенсивность падающего излучения,

R=Р_отр/P_пад - коэффициент обратного отражения.

Лучше соединение с более низкими вносимыми потерями (ближе к 0 дБ) и более низкими (более отрицательными) обратными потерями. Величина обратных потерь определяется типом полировки. Для РС-разъемов (РС – Physical contact – физический контакт) этот параметр может сильно измениться из-за износа, даже незначительного, в области торца волокна.

Обратное отражение может быть уменьшено при использовании углового (наклонного) (APC) физического контакта. При наклонном торце даже в том случае, когда нет физического контакта, сильный отраженный сигнал не распространяется обратно в сердцевину ОВ, а попадает в оболочку.

Для угла 8° обратное отражение ≈ –70дБ.

В зависимости от коэффициента обратного отраженияодномодовые соединители делятся на классы:

Ø PC (physical contact—стекло световода одного коннектора прижато к стеклу другого) <–30дБ

Ø Super PC <–40дБ

Ø Ultra PC <–50дБ

Ø Angled PC <–60дБ

2.5. Конструкции разъемных соединителей

Основой большинства конструкций разъемных соединителей (РС) является штекерный наконечник, который вставляется в юстирующий элемент в виде втулки, а сам соединитель состоит из двух частей: вилки (коннектора) и розетки (адаптера).

Рис.14

Большинство разъемных соединений содержит следующие элементы:

· наконечник (ferrule) – используется для фиксации волокон в разъеме,

· соединительная гильза – служит для совмещения наконечников, является частью адаптера,

· антивращательный механизм – предотвращает вращение наконечников, не допуская разрушения волокна,

· пружинный механизм – обеспечивает необходимое усилие сжатия наконечников,

· система гашения натяжения – передает усилие натяжения кабеля на несущую конструкцию разъема,

· адаптер (для соединения двух волокон используется гильза, входящая в состав адаптера).

Приведем некоторые типы разъемных соединителей.

Коннектор типа ST (straight tip connector, неофициальная расшифровка Stick and Twist– “вставь и поверни”) разработан Lucent Technologies в середине 80-х годов.

Конструкция основана на керамическом наконечнике диаметром 2,5 мм с выпуклой торцевой поверхностью, которая обеспечивает физический контакт сращиваемых световодов. Для защиты наконечника от проворачивания в момент установки использован выступ, вводимый в паз розетки. Фиксация вилки на розетке выполняется подпружиненным байонетным элементом. Три варианта коннектора ST, STïï, STïï+, которые полностью совместимы друг с другом по посадочным местам в розетке и имеют незначительные конструктивные отличия, улучшающие их эксплуатационные свойства по мере перехода к более совершенной модели.

Недостаток: сильно выступающий и за счет этого плохо защищенный от загрязнений наконечник и необходимость вращательного движения при подключении к розетке соединителя.

Коннекторы типа SC (subscriber connector, неофициальная расшифровка Stick and Click–«вставь и защелкни»).

Конструкция—устройство с пластмассовым корпусом прямоугольной в сечении формы, хорошо защищающим наконечник, обеспечивающим плавное подключение и эффективную механическую развязку фиксирующего элемента и кабеля.

Подключение и отключение коннектора SC производится линейным движением, что полностью устраняет проблемы, связанные с проворачиванием наконечников соединителей друг относительно друга в момент фиксации в розетке. Защелка коннектора открывается только при вытягивании за корпус.

За счет отсутствия вращательных движений при установке и демонтаже обеспечиваются меньшие потери и большая стабильность параметров. Правильность установки коннектора в розетке задает направляющий выступ.

Недостаток: более высокая цена и меньшая механическая прочность.

Коннекторы типа LC разработаны Lucent Technologies в 1997г. Могут быть в одномодовом или многомодовом варианте.

Конструкция основана на применении керамического наконечника диаметром 1,25 мм и пластмассового корпуса с внешней лепестковой защелкой для фиксации в гнезде соединительной розетки. Допускает как одиночное, так и дуплексное использование.

Коннекторы типа FC разработаны японской телекоммуникационной корпорацией NTT.

Для получения низкого уровня потерь и минимума обратного отражения наконечник коннектора изготавливают с жесткими допусками на геометрические параметры со скруглением на конце (это обеспечивает нахождение световедущей сердцевины ОВ в вершине наконечника и физический контакт сращиваемых световодов—добавляют PC—physical contact).

Конструкция коннектора позволяет добиться надежной защиты керамического наконечника от загрязнений, а применение для фиксации накидной гайки дает большую герметичностьь зоны соединения.

Соединитель типа Е-2000 создан на основе керамического наконечника диаметром 2,5 мм, который в нерабочем состоянии полностью закрыт корпусом коннектора и аналогично коннекторам LC может эксплуатироваться как в одиночном, так и в дуплексном исполнении.

От более ранних конструкций Е-2000 отличается возможностью применения эффективной цветовой кодировки (в настоящее время стандартизовано 8 цветов) и механической блокировки за счет сменной рамки розетки, а также наличием интегрированной в конструкцию коннектора защитной крышки. Крышка открывается автоматически при установке в розетку и эффективно защищает коннектор от загрязнения.

С весны 2000г. поставляются коннекторы серии E2000 0.1dB RANDOM с гарантированным вносимым затуханием менее 0,1dB и обратным рассеянием более 85dB.

Параметры некоторых типов коннекторов представлены в таблице 4.

Таблица 4